Diseño aci

DISEÑO DE MEZCLAS POR EL MÉTODO A.C.I.

I. INTRODUCIÓN :

El conocimiento de las propiedades del concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido tiene como finalidad primordial la de determinar el diseño de la mezcla.

Para el proporcionamiento de los ingredientes de una mezcla de concreto se han sugerido muchos métodos dentro de los cuales se cuentan los analíticos, experimentales, semianaliticos y empíricos. Estos métodos han evolucionado desde los volumétricos arbitrarios de comienzos del presente siglo, al método de peso y volumen propuesto por el A.C.I.

El método americano A.C.I. es el más conocido y ampliamente usado. Se fundamenta en el principio básico de la relación agua/cemento desarrollado por Abrams. Consiste en seguir en forma ordenada una secuencia de pasos y determinar la cantidad de cada material en peso y en volumen, para 1 m3 de concreto.

La presente practica, no pretende profundizar los principios en que se basa el método, sino mostrar los diferentes pasos que deben seguirse. Y de esta manera lograr una mezcla óptima acorde con las exigencias del aspecto constructivo.

Este informe sólo pretende ser un aporte más al conocimiento del concreto y, específicamente está orientado al estudio de los procedimientos a seguir para la elección de las proporciones de la unidad cúbica de concreto por el Método de A.C.I.

II. RESUMEN:

En el presente informe se ha realizado el diseño de mezclas por el método de A.C.I. considerando todas las especificaciones dadas como la resistencia de un f’cr igual a 280 kg/cm2 y con una consistencia plástica, además de contar con los valores de las propiedades físicas de nuestros agregados, obtenidos en la primera práctica. Han sido necesarios para el uso de las tablas correspondientes señaladas por el COMITÉ DEL A.C.I.

M. en I. Pérez Loayza, Héctor Página 1

III. OBJETIVOS:

OBJETIVOS GENERALES:

1. Realizar el diseño de mezclas por el Método A.C.I. de un concreto cuya resistencia sea de f’cr = 280 kg/cm2 (A los 28 días) y de consistencia plástica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1. Obtener un concreto que tengan las características requeridas (f’cr = 280 k/cm2, consistencia plástica).

2. Realizar el diagrama esfuerzo - deformación unitaria del concreto a ensayar.

3. Establecer el Módulo de Elasticidad del concreto.

IV. JUSTIFICACIÓN:

Mediante la realización de esta práctica, comprenderemos como se realiza el diseño de mezclas a través del Método A.C.I. y ayudarnos en adecuar la dosificación según la práctica.Además, conoceremos la importancia en el uso de las proporciones exactas, y el método practico en campo para tener una buena consistencia en el concreto y que cumpla con los requerimientos de obra.

La necesidad de aprender el comportamiento de los materiales de construcción, y siendo dentro de éstos el más importante el concreto nos lleva aprender a determinar el comportamiento del concreto en su estado tanto endurecido como fresco y aprender la dosificación, o sea, la cantidad de los componentes que conforman el concreto de una manera no empírica, sino por el contrario de una forma técnica bajo la supervisión del ingeniero a cargo del curso.


V. MARCO TEÓRICO:

A. CONCEPTOS FUNDAMENTALES- CONCRETO:Es una mezcla:

• Cemento.• Agregado fino, y grueso.• Agua y aditivos

En proporciones adecuadas para lograr propiedades, especialmente la resistencia. El cemento y agua reaccionan químicamente formando una masa aglutinante que une las partículas de los agregados.

B. CRITERIOS PARA CUMPLIR CON LAS ESPECIFICACIONES DEL CONCRETO

1.- Consultar las especificaciones existentes de otras obras. El comportamiento del concreto es dependiente del clima y las condiciones de

servicio. La filosofía moderna en la tecnología del concreto es el diseño a la medida. Ejecutar un estudio previo con la suficiente profundidad; si no se dan los estudios

requeridos es muy riesgoso asumir especificaciones, por las consecuencias que pueden ocurrir en la obra.2.-Usar como base códigos y normas estándar incluyéndolas estrictamente.

Es relativamente fácil, rápido y conservador Requiere conocer las normas y códigos, su aplicabilidad en cada caso.

3.- Usar como base códigos y normas estándar incluyéndolas selectivamente. Interpretar la realidad de la obra, integrar el proyecto y la construcción.

C. ESTADOS DEL CONCRETO Estado plástico

Unión del agua y el cemento formando una pasta moldeable. Dura entre 40 y 120 minutos (reacciones se atenúan)

Fraguado inicial Condición de la pasta de cemento en que se aceleran las reacciones químicas, empieza el endurecimiento y la pérdida de la plasticidad. Se genera el calor de hidratación. Dura alrededor de tres horas

Fraguado final


Se obtiene al término de la etapa de fraguado inicial, caracterizándose por endurecimiento significativo y deformaciones permanentes.

Endurecimiento Se produce a partir del fraguado final y es el estado en que se mantienen e incrementan con el tiempo las características resistentes.

D. DISEÑO DE MEZCLA POR EL MÉTODO ACI

Mediante este método, seguiremos los siguientes pasos:

1º.- El primer paso contempla la selección del slump, cuando este no se especifica el informe del ACI incluye una tabla en la que se recomiendan diferentes valores de slump de acuerdo con el tipo de construcción que se requiera. Los valores son aplicables cuando se emplea el vibrado para compactar el concreto, en caso contrario dichos valores deben ser incrementados en dos y medio centímetros.

2°.- Se determina la resistencia promedio necesaria para el diseño; la cual está en función al f’c, la desviación estándar, el coeficiente de variación. Los cuales son indicadores estadísticos que permiten tener una información cercana de la experiencia del constructor.

Cabe resaltar también que existen criterios propuestos por el ACI para determinar el f’cr, los cuales se explican a continuación:

a) Mediante las ecuaciones del ACI

f’cr=f’c+1.34s…………..I

f’cr=f’c+2.33s-35………II

De I y II se asume la de mayor valor.

Donde s es la desviación estándar, que viene a ser un parámetro estadístico que demuestra la performancia o capacidad del constructor para elaborar concretos de diferente calidad.

DS=√(X1−X )2+(X2−X )2+(X3−X )2+…+(X N−X)2

N−1

X1 , X2,….X N

valores de las resistencias obtenidas en probetas

estándar hasta la rotura (probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura).


15cm

30cm

X = es el promedio de los valores de la resistencia a la rotura de las probetas estándar.

N = es el número de probetas ensayadas, que son mínimamente 30.

b) Cuando no se tiene registro de resistencia de probetas correspondientes a obras y proyectos anteriores.

f’c f’cr

Menos de 210 f’c+70

210 – 350 f’c+84

>350 f’c+98

c) Teniendo en cuenta el grado de control de calidad en la obra.

Nivel de Control f’cr

Regular o Malo 1.3 a 1.5 f’c

Bueno 1.2f’c

Excelente 1.1f’c

d) Para determinar el f’cr propuesto por el comité europeo del concreto.

f 'cr= f ' c1−t∗V

Donde:f 'cr=resistencia promedio acalcular

V= coeficiente de variación de los ensayos de resistencia a las probetas estándar

t= Coeficiente de probabilidad de que 1 de cada 5, 1 de cada 10, 1 de cada 20 tengan un valor menor que la resistencia especificada.

V entonces es un parámetro estadístico que mide la performancia del constructor para elaborar diferentes tipos de concreto.

V=DSX


2º.- La elección del tamaño máximo del agregado, segundo paso del método, debe considerar la separación de los costados de la cimbra, el espesor de la losa y el espacio libre entre varillas individuales o paquetes de ellas. Por consideraciones económicas es preferible el mayor tamaño disponible, siempre y cuando se utilice una trabajabilidad adecuada y el procedimiento de compactación permite que el concreto sea colado sin cavidades o huecos. La cantidad de agua que se requiere para producir un determinado slump depende del tamaño máximo, de la forma y granulometría de los agregados, la temperatura del concreto, la cantidad de aire incluido y el uso de aditivos químicos.

En conclusión se requiere estudiar cuidadosamente los requisitos dados en los planos estructurales y en especificaciones de obra.

3º.- Como tercer paso, el informe presenta una tabla con los contenidos de agua recomendables en función del slump requerido y el tamaño máximo del agregado, considerando concreto sin y con aire incluido.

4º.- Como cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los valores de la relación agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresión a los 28 días que se requiera, por supuesto la resistencia promedio seleccionada debe exceder la resistencia especificada con un margen suficiente para mantener dentro de los límites especificados las pruebas con valores bajos. En una segunda tabla aparecen los valores de la relación agua/cemento para casos de exposición severa.

5º.- El contenido de cemento se calcula con la cantidad de agua, determinada en el paso tres, y la relación agua cemento, obtenida en el paso cuatro; cuando se requiera un contenido mínimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deberá basar en un criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento, esta parte constituye el quinto paso del método.

6º.- Para el sexto paso del procedimiento el ACI maneja una tabla con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto, los valores dependen del tamaño máximo nominal de la grava y del módulo de finura de la arena. El volumen de agregado se muestra en metros cúbicos con base en varillado en seco para un metro cúbico de concreto, el volumen se convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un metro cúbico de concreto, multiplicándolo por el peso volumétrico de varillado en seco.

7º.- Hasta el paso anterior se tienen estimados todos los componentes del concreto, excepto el agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para este séptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto.

8º.- El octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que se añade a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total menos absorción.


9º.- El último paso se refiere a los ajustes a las mezclas de prueba, en las que se debe verificar el peso volumétrico del concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada mediante el slump y la ausencia de segregación y sangrado, así como las propiedades de acabado. Para correcciones por diferencias en el slump, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto el informe ACI 211.1-91 proporciona una serie de recomendaciones que ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades especificadas en el concreto.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1) En Gabinete:Diseñar una mezcla cuya resistencia promedio especificada f’c = 250 kg/cm2,

asumiendo que la elaboración del concreto va a tener un grado de control bueno. Las condiciones de obra requieren una consistencia plástica. El concreto no será expuesto a agentes degradantes (no tendrá aire incorporado) además no se usará aditivos. Realizar el diseño por el Método A.C.I.

F’c=280 kg/cm2 (a los 28 días)

Consistencia plástica

Peso específico del cemento: 3.15 g/cm3

AGREGADO FINO:

Peso específico de masa: 2.597 g/cm3

% de Abs. = 1.276 %

W% = 10.386 %

Módulo de finura: 3.66

Peso unitario volumétrico compactado: 1770.16 kg/m3

AGREGADO GRUESO:

TMN=1’’

Peso unitario volumétrico compactado: 1567.32Kg/m3

Peso específico de masa: 2.568 g/cm3

% de Abs. = 1.19%


W%=1.685 %

Perfil: anguloso

CUADRO RESUMEN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MATERIALES A EMPLEAR EN

LA MEZCLA DE CONCRETO:

A.- Agregados Fino y Grueso:

PROPIEDADES A. FINO A. GRUESOTAMAÑO MÁXIMO - 1 ”

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL - 1”PESO ESPECÍFICO DE MASA

(gr/cm3)2.597 2.568

ABSORCIÓN (%) 1.276 1.19CONTENIDO DE HUMEDAD

(%)10.386 1.685

MÓDULO DE FINURA 3.66 7.62PESO U. S. COMPACTADO

(Kg/m3 )1770.16 1567.32

B.- Cemento:

Pórtland Tipo I (ASTM C 1157)

Peso Específico 3.15 gr/cm3.

C.- Agua:

Agua Potable, cumple con la Norma NTP 339.088 o E 0-60

D.- Resistencia a Compresión:

f’cr = 280 Kg/cm2

DISEÑO DE MEZCLA METODO A.C.I – COMITÉ 211

CÁLCULOS Y RESULTADOS:


1. CÁLCULO DE LA RESISTENCIA PROMEDIO: (F’cr). Partiendo del hecho que siempre existe dispersión aun cuando se tenga un control riguroso tipo laboratorio debe tenerse en cuenta en la dosificación de una mezcla las diferentes dispersiones que se tendrán en obra según se tenga un control riguroso o no y por tanto se recomienda diseñar para valores más altos que el f’c especificado.

∴ f´cr = 280 Kg

cm2

2. DETERMINACIÓN DEL T M N DEL AGREGADO GRUESO.

DEL ANALISIS GRANULOMETRICO: TMN = 1”

3. DETERMINACIÓN DEL SLUMP.

PARA CONSISTENCIA PLASTICA: Slump = 3” – 4”

4. DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE AGUA O VOLUMEN DE AGUA DE MEZCLADO

De acuerdo a la tabla 10.2.1 confeccionada por el comité 211 del ACI, que se toma en cuenta el TMN, su asentamiento o slump y teniendo en cuenta si tiene o no aire incorporado.En nuestro caso el TMN es de 1”, el slump varia de 3” a 4”, y sin aire incorporado el valor sería:

Volumen de Agua de mezcla = 193 lts/m3

5. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE.

Según tabla 11.2.1, que toma en cuenta el TMN.

Volumen de Aire = 1.5 %

6. DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN a/c.

Teniendo en cuenta la tabla 12.2.2, RELACIÓN AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA.Esta tabla esta en relación al aire no incorporado y al f´cr a los 28 días, siendo esta

relación:

a/c = 0.47


NOTA: Por ser un concreto NO expuesto a condiciones severas, sólo se determinará la relación a/c por resistencia, mas no por durabilidad.

7. CÁLCULO DEL FACTOR CEMENTO (FC)

FC =

VolumendeAgua de mezclaac

FC = 410.64Kg/m3

Que traduciendo a bolsas/m3 será:

FC= (410.64 Kg/m3)/42.5=8.21 bolsas/m3

8. CANTIDAD DE AGREGADO GRUESO:

Para un módulo de finura del agregado fino de 2.453 y para un TMN=1 1/2’’, haciendo uso de la tabla 16.2.2

bbo

=0.584→b=0.584∗1567.32 K g

m3=915.32K g/m3

Donde b= PUV del agregado grueso suelto seco b0= PUV del agregado grueso seco compactado

vol.A.G.=0.3m3

vol.A.F.=0.584-0.3m3

vol.A.G.=0.284m3

Peso del Agregado Fino=0.284 m3*(2.686)=762.824 K g

m3

9. VALORES DE DISEÑO

CEMENTO: 291.94Kg

m3

AGUA=193 l/m3


AIRE: 1.5%

AGREGADO GRUESO: 915.32Kg

m3

AGREGADO FINO: 762.824 Kg/m3

10. CORRECCIÓN POR HUMEDAD DE LOS AGREGADOS

Utilizando el contenido de humedad en el momento en que se realiza el ensayo, puesto que como sabemos tanto la absorción como el contenido de humedad son parámetros que cambian, y se tiene que corregir tomando en cuenta estos factores en el momento de realización de la práctica.

AGREGADO FINO: 762.824*((10.386/100)+1)=842.0509 kgAGREGADO GRUSO: 915.32* ((1.685/100)+1)=930.74314 Kg

11. APORTE DE AGUA A LA MEZCLA

(W- % Abs)*Peso Seco /100

AGREGADO GRUESO: 95.32(1.276−1.19)

100=+0.787<¿

AGREGADO FINO: 762.824(10.386−1.685)

100=+66.37<¿

12. AGUA EFECTIVA: 193 lt - (67.157lt)=125.84 lt

13. MATERIALES DE DISEÑO CORREGIDOS POR HÚMEDAD(PARA PROBETA Y MEDIA*0.01)

CEMENTO: 4.11Kg

m3

AGUA=1.26 l/m3

AGREGADO GRUESO: 9.31Kg

m3

AGREGADO FINO: 8.42 Kg/m3


En Campo:

EQUIPO:- Probeta estándar- Cono de Abrams- Varilla Compactadora de acero de 5/8” de

diámetro por 80 cm de longitud- Carretilla- Aceite- Palana- Todos los elementos que intervienen para la

mezcla previamente calculados.

Cono de Abrams y Probeta

PROCEDIMIENTO:

Se extrajo material de la cantera TARTAR CHICO (RIO CHONTA). una cantidad aproximada.

Se peso el agregado fino, el agregado grueso y el cemento en las proporciones requeridas.

Se mezclo en la (el agregado fino, el agregado grueso, el cemento y el agua). Los tres primeros se mezclaron bien para luego agregarle agua a la mezcla.

Mezclando agregados con cemento

Se midió el Slump utilizando el cono de Abrams


Se procedió a añadir la mezcla en el cono de Abrams, chuzándolo con una

varilla de acero, primero una tercera parte la cual fue compactada con 25

golpes, luego se agrego un poco más de mezcla hasta las 2/3 partes,

compactándolo también con el mismo número de golpes y finalmente se

lleno hasta el ras y compacto.

Se enraso ayudándonos con una varilla de acero, luego se procedió a

desmoldar.

Finalmente se midió el slump con ayuda de una regla.

Se procedió a añadir la mezcla en el molde, la cual se realizó por capas en un

número de tres, chuzándolo con una varilla de acero, en un número de 25

golpes, para evitar la segregación.


Se enrasó el molde con ayuda de una varilla de acero.

Luego se deja secar a las probetas por 24 horas. Para luego

desencofrar la probeta.

Luego de los 8 días se procederá a ensayar en la máquina de

compresión para verificar si se llegó a la resistencia requerida.

PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO

a) Peso del concreto endurecido

Peso de probeta a los 8 días: 13.25 kg.

b) Densidad Aparente

- Diámetro promedio:

D = 15.190+15.138

2 = 15.134 cm

- Altura: 30 cm

- Volumen:


V = π∗15.1342

4*30 = 5396.58 cm3

- Densidad:

ρ= 13250g

5396.58cm3=2.455 g/cm3

c) Esfuerzo Máximo y Módulo de Elasticidad

Para determinar estas características presentamos a continuación los

datos obtenidos en los ensayos de resistencia a la compresión de la

probeta, así como sus grafica respectiva.

Tiempo =4.42 min L (mm.) d (mm.) Área (cm2)Vel. Carga = 4.07

Tn/min.300 151.34 179.886

Punto Carga Deformación

Esfuerzo Deformación

(Kg.) Total (mm.)

(Kg./cm2) Unitaria

1 1000 00 15.5590763 0.00052 2000 00 111.118152

60.003666667

3 3000 5 116.6772289

0.004666667

4 4000 16 122.2363052

0.006

5 5000 35 127.7953815

0.006666667

6 6000 45 133.3544578

0.007333333

7 7000 56 138.9135341

0.008366667

8 8000 70 144.4726104

0.009

9 9000 80 150.0316867

0.009566667

10 10000 90 155.590763 0.00996666711 11000 97 161.149839

30.010533333


12 12000 1.7 166.7089156

0.011033333

13 13000 1.13 172.267992 0.01113333314 14000 1.19 177.827068

30.0117

15 15000 1.22 183.3861446

0.0126

16 16000 1.28 188.9452209

0.013033333

17 17000 1.35 194.5042972

0.013366667

18 18000 1.40 200.063373 0.01446666719 19000 1.42 205.62245 0.01676666720 20000 1.46 211.181526 0.018821 21000 1.50 216.740602 0.02166666722 22000 1.5623 23000 1.6024 24000 1.6525 2500 1.6926 26000 1.7127 27000 1.7528 28000 1.7929 29000 1.8230 30000 1.8631 31000 1.9332 32000 2.0033 33000 2.0334 34000 2.0535 35000 2.1036 36000 2.1337 37000 2.1838 38000 2.2239 39000 2.2640 40000 2.3541 41000 2.3742 42000 2.3943 43000 2.4144 44000 2.4545 45000 2.7846 46000 2.8547 47000 2.90


48 48000 2.9549 49000 3.00

Gráfica De La Probeta

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.0250

20

40

60

80

100

120

140

f(x) = 11184400000000 x⁶ − 223708000000 x⁵ − 8835990000 x⁴ + 253386000 x³ − 1535954 x² + 5356.74 x + 3.05563R² = 0.997147596264356

grafica esfuerzo vs. deformacion unitaria

esfuerzoPolynomial (esfuerzo)

MODULO DE ELASTICIDAD

METODO TEORICO (f’c a los 8 dias = 175 kg/cm2)E=15000√ f ' c E=15000√175=198431.34kg /c m2

METODO PRÁCTICO

E=σmax

ξmax−0.007 E= 116.740602

0.021666667−0.007=7959.5865kg/c m2


MODO DE FALLA

La probeta ensayada fallo de acuerdo a lo esperado, se noto dentro de la ruptura de las

mismas que el agregado no fallo sino la pasta, lo que nos haría pensar que los agregados

poseen una buena resistencia. El tipo de falla se dio en un ángulo aproximado de 45° ante

la acción de una carga gradual.


CUADRO RESUMEN

PROPIEDAD VALORES

Valores Corregidos de Diseño CEMENTO = 410.64Kg AGREGADO FINO = 842.05Kg AGREGADOGRUESO= 930.74Kg AGUA EFECTIVA= 125.84 lts

Slump 9.5 cm

Peso del Concreto Endurecido Kg. /m3

f’c (Kg./cm2)pedido 280 Kg./cm2

f’c Promedio (28 días) 302 Kg./cm2

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La resistencia de la mezcla de concreto diseñada dio una resistencia promedio a los

28 días de 302 kg/cm2

No se logro elaborar una mezcla con las características pedidas es decir con un f’cr

de 280 Kg./cm2.

Lo que si se pudo lograr en la práctica fue obtener la consistencia pedida, pues

resulto que no dio una consistencia plástica: slump = 9.5 cm.

Hemos logrado aprender tanto teóricamente como en forma práctica a elaborar un

diseño de mezclas mediante el método ACI

Luego de realizada la gráfica, mediante la ayuda de ésta hemos podido hallar el

modulo de elasticidad.


En nuestro ensayo pudimos verificar que lo que falló fue la pasta más no los

agregados; por lo que podemos decir que es un concreto de buena calidad.

Para la determinación del slump se recomienda que se debe pisar bien el cono metálico, para que la mezcla este bien compactada y el slump no se altere.


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